Asynchroniczność i wielowątkowość w języku C# - ebook

Przejdź na wyższy poziom C#

Programowanie wielowątkowe pozwala wykonywać różne czynności z wykorzystaniem więcej niż jednego wątku. W efekcie zwiększa się wydajność operacji, które były ograniczone parametrami procesora. W dodatku dzięki zastosowaniu programowania wielowątkowego zadania można wykonywać w tle, bez pogorszenia responsywności aplikacji. Asynchroniczność umożliwia także zachowanie responsywności aplikacji użytkowych oraz zwiększenie skalowalności aplikacji serwerowych.

Brzmi obiecująco. Niestety, programowanie z wykorzystaniem wątków i asynchroniczności nie należy do najprostszych. Jest to dziedzina z natury skomplikowana i błędogenna, także w języku C#. Ten poradnik zbiera i zwięźle tłumaczy wszystkie zagadnienia związane z asynchronicznością i wielowątkowością w C#. Poszczególne tematy uzupełniono przykładami, pomagającymi lepiej zrozumieć problem, którego rozwiązanie można zastosować później w praktyce. Dla wygody w korzystaniu z książki każdy koncept opisano oddzielnie, jednak by go zrozumieć, trzeba przyswoić wiedzę z poprzednich rozdziałów.

• Dowiedz się, na czym polega wielowątkowość w C#
• Opanuj zasady programowania równoległego
• Naucz się programować asynchronicznie
• Poznaj podstawowe zasady synchronizacji

Podziękowania 7

Wstęp 9

• Krótka historia powstawania wielowątkowości 10
• Wyjaśnienie pojęć związanych z wątkami 11

Rozdział 1. Programowanie wielowątkowe 13

• 1.1. Klasa Thread 15
  
  • 1.1.1. Wykonywanie pracy w tle 16
• 1.2. Klasa ThreadPool 17
  
  • 1.2.1. Rodzaje kolejek 17
  • 1.2.2. Metoda UnsafeQueueUserWorkItem 18
• 1.3. Klasa Task 19
  
  • 1.3.1. Porównanie z klasą Thread 19
  • 1.3.2. Porównanie z klasą ThreadPool 20
  • 1.3.3. Metody Wait, WaitAll i WaitAny 20
  • 1.3.4. Właściwość Result 20
  • 1.3.5. Metoda ContinueWith 21
  • 1.3.6. Opcja AttachedToParent 21
  • 1.3.7. Metoda StartNew właściwości Factory 22
  • 1.3.8. Metoda Run 22
  • 1.3.9. Enumeracja TaskStatus 24
• 1.4. Klasa TaskFactory 26
• 1.5. Struktura CancellationToken 27
  
  • 1.5.1. Korzystanie ze struktury CancellationToken 27
• 1.6. Klasa CancellationTokenSource 29
• 1.7. Klasa Timer 30
• 1.8. Klasa TaskCompletionSource 32
• 1.9. Klasa SynchronizationContext 33
• 1.10. Klasa TaskScheduler 35
• ĆWICZENIA DO ROZDZIAŁU 1. 37

Rozdział 2. Programowanie równoległe 39

• 2.1. Klasa Parallel 41
  
  • 2.1.1. Metoda For 41
  • 2.1.2. Metoda ForEach 41
  • 2.1.3. Metoda Invoke 42
• 2.2. Technologia PLINQ 43
• 2.3. Klasa Partitioner 45
  
  • 2.3.1. Optymalizacja krótkich operacji 46
• 2.4. Porównanie z klasą Task 47
• ĆWICZENIA DO ROZDZIAŁU 2. 48

Rozdział 3. Programowanie asynchroniczne 49

• 3.1. Transformacja kodu asynchronicznego 51
• 3.2. Słowo kluczowe await 52
  
  • 3.2.1. Porównanie z metodą ContinueWith 52
  • 3.2.2. Użycie wraz z metodą Run 53
  • 3.2.3. Współbieżność await 54
• 3.3. Słowo kluczowe async 55
  
  • 3.3.1. Asynchroniczne wyrażenie lambda 55
  • 3.3.2. Metoda z sygnaturą async void 56
  • 3.3.3. Opis wykonywania się metody asynchronicznej 56
  • 3.3.4. Sposoby radzenia sobie z wielokrotnymi wywołaniami 57
  • 3.3.5. Sztuczna synchroniczność i asynchroniczność 58
• 3.4. Asynchroniczność wewnątrz LINQ 59
• 3.5. Zadania zakończone 60
• 3.6. Metoda Yield 61
  
  • 3.6.1. Porównanie z właściwością CompletedTask 61
• 3.7. Interfejsy asynchroniczne 62
  
  • 3.7.1. Interfejs IAsyncEnumerable 62
  • 3.7.2. Interfejs IAsyncDisposable 63
• 3.8. Własna implementacja 64
• 3.9. Rady dotyczące programowania asynchronicznego 65
  
  • 3.9.1. Używanie metody ConfigureAwait 65
  • 3.9.2. Wykonywanie metody asynchronicznej synchronicznie 65
  • 3.9.3. Użycie await bezpośrednio przed zwróceniem metody 66
  • 3.9.4. Asynchroniczność w konstruktorze 66
  • 3.9.5. Przeciążenie przyjmujące delegat Func 67
  • 3.9.6. Bardzo długo wykonująca się praca 67
• 3.10. Struktura ValueTask 68
  
  • 3.10.1. Interfejs IValueTaskSource 68
  • 3.10.2. Konsumowanie ValueTask 69
  • 3.10.3. Porównanie z klasą Task 70
• ĆWICZENIA DO ROZDZIAŁU 3. 71

Rozdział 4. Synchronizacja 73

• 4.1. Podstawowe elementy synchronizacji 75
  
  • 4.1.1. Klasa Volatile 75
  • 4.1.2. Klasa Interlocked 76
• 4.2. Blokady trybu jądra 80
• 4.3. Blokady hybrydowe 81
  
  • 4.3.1. Przekazywanie instancji do metod klasy Monitor 81
  • 4.3.2. Słowo kluczowe lock 81
• 4.4. Blokady asynchroniczne 83
• 4.5. Leniwa inicjalizacja 84
  
  • 4.5.1. Blokada z podwójnym sprawdzeniem 84
  • 4.5.2. Klasa Lazy 85
  • 4.5.3. Klasa ThreadLocal 85
• 4.6. Kolekcje współbieżne 87
  
  • 4.6.1. Klasa BlockingCollection 87
• ĆWICZENIA DO ROZDZIAŁU 4. 90

ROZWIĄZANIA 91

• ROZWIĄZANIA DO ROZDZIAŁU 1. 91
• ROZWIĄZANIA DO ROZDZIAŁU 2. 94
• ROZWIĄZANIA DO ROZDZIAŁU 3. 95
• ROZWIĄZANIA DO ROZDZIAŁU 4. 97

Źródła 101